Entrevista a Mª Cruz García, investigadora de ITACyL

Investigadores de la Universidad de Valladolid y del ITACyL están trabajando en el proyecto ‘Desarrollo de prototipos de membrana para reducir las emisiones de amoníaco de los estiércoles en granjas avícolas y porcinas’ con el objetivo de aprovechar residuos ganaderos y reducir la contaminación, recuperando el nitrógeno que contiene el purín de porcino y gallinaza y conseguir una sal fertilizante de gran valor económico.

Los cultivos necesitan para crecer y desarrollarse varios elementos como son el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K), aportados básicamente cuando se aplican fertilizantes. En general los cultivos necesitan mayor cantidad de N que de P y K, además estos últimos tienen un comportamiento más estable en el suelo y su aporte se relaciona más con la extracción por parte del cultivo. Sin embargo, el N tiene un comportamiento particular en el suelo, ya que las formas asimilables por los cultivos (amonio y nitratos) son muy susceptibles de pérdidas, lo cual puede derivar en episodios de contaminación. La fabricación de todos los fertilizantes nitrogenados se basa en el amonio cuya síntesis se hace por vía química a alta presión y temperatura, lo que implica un alto consumo energético y la producción de CO₂, que como todos sabemos ya es un gas de efecto invernadero. El coste energético del N es seis veces superior al del P y nueve veces al de la potasa, además en la última década el precio de los fertilizantes se ha llegado a incrementar hasta un 50%, por lo que el N tiene un valor económico muy alto. Por lo tanto, y resumiendo, el N es imprescindible para el crecimiento de los cultivos, su producción es muy costosa y medioambientalmente nada sostenible, de ahí nuestro interés en recuperarlo.

Los purines tienen un alto contenido en N, principalmente N amoniacal que puede llegar a representar el 70% del N total, y que es completamente asimilable por los cultivos. De hecho los purines se utilizan como fertilizantes en todo el mundo, sin embargo, tienen dos inconvenientes: los tres nutrientes principales que son el N, P y K no están equilibrados respecto a las necesidades de los cultivos, ya que contienen mucho más N que P y K. Además, en algunas zonas con alta carga ganadera su gestión como fertilizante está limitada por la disponibilidad de terreno, es decir, hay más purines que terreno donde aplicarlo. Y por otro lado, su transporte es caro por su alto contenido en agua, que es de entre un 90-95%. Si de alguna manera conseguimos extraer el N amoniacal del purín podemos equilibrar su contenido en nutrientes, y recuperar un N con alto valor fertilizante que se puede exportar más fácilmente.

Actualmente existen diversas tecnologías para la recuperación de N. En nuestro caso utilizamos la tecnología de membranas permeables a los gases en la cual la membrana tiene forma tubular, está sumergida en el purín y por su interior discurre una solución ácida de manera que el amoníaco que se encuentra en el purín y que está en forma gaseosa puede atravesar la membrana y combinarse con la solución ácida del interior para formar una sal de amonio, por ejemplo sulfato de amonio que es un fertilizante. De forma similar, si la membrana se coloca en el interior de la nave donde se alojan los animales puede captar el amoníaco volatilizado que al combinarse con la solución ácida del interior forma una sal de amonio.

En este proyecto Life una de las actividades más importantes es el estudio de viabilidad económica de la tecnología a escala de prototipo piloto. Se trata de confirmar las estimaciones que hemos realizado a escala de laboratorio en ITACyL que nos indican que sí comporta beneficios económicos. Hay que tener en cuenta que el sulfato de amonio tiene un coste aproximado de 252 €/tonelada y en el caso de la urea el precio se eleva hasta los 415 €/t, según el MAPAMA.

Cuando se aplica el purín en exceso se producen emisiones de óxido nitroso (N₂O), que es un gas de efecto invernadero, y de amoníaco, por eso es importante la forma en la que se aplica el purín y su incorporación al suelo que tiene que ser lo antes posible para evitar dicha volatilización. El amoníaco no es un gas de efecto invernadero pero sí es un contaminante ya que tiene capacidad para acidificar suelos, aguas subterráneas y superficiales y un gran potencial de eutrofización, también contribuye a la formación de pequeñas partículas y aerosoles. Respecto al suelo, se dan pérdidas de N por infiltración, y si el purín contiene metales pesados como zinc y cobre estos se pueden acumular a largo plazo, alterando los procesos naturales del propio suelo o teniendo efectos fitotóxicos.

Otra consecuencia importante es la salinización de los suelos producida por las sales solubles del purín, que disminuye la calidad y la productividad de los cultivos, aunque no se aprecia a corto plazo debido a que el agua de riego o de lluvia tiene un efecto de 'lavado' sobre dichas sales. Sin embargo, estas sales pueden llegar finalmente a cauces de agua superficiales o subterráneos. Y continuando con el agua, es conocida la contaminación del agua por nitratos, que se debe a los procesos de transformación del N amoniacal del purín en el suelo (ya que los purines no contienen nitratos), y que llegan a las corrientes por la infiltración del agua de lluvia o de riego que los arrastra.

Tiene ventajas económicas, ya que la producción de los fertilizantes nitrogenados es muy costosa; otra ventaja es que al reducir el contenido de N del purín se necesita menos terreno donde aplicarlo, ya que su aplicación viene limitada por el contenido en N. En cuanto a las ventajas ambientales, se consigue exportar el N en aquellas zonas excedentarias, como por ejemplo las zonas vulnerables, hacia zonas con mayor demanda. Además, se evita la contaminación por emisiones de amoníaco.

Al digestado le pasa algo similar al purín, y es que contiene mucho más N que P y K, de manera que también es un fertilizante poco equilibrado. Si se reduce su contenido en N se podría aplicar mayor cantidad al terreno, de igual forma que el purín. Otra de las ventajas de esta tecnología es que se puede evitar la inhibición del proceso de digestión anaerobia por acumulación de amoníaco en el reactor, ya que las bacterias implicadas en la digestión anaerobia que producen metano son sensibles a las altas concentraciones de esta molécula.

Dentro de las naves donde se aloja el ganado se almacena parte de las deyecciones que producen, en el caso del porcino el purín se acumula en las fosas debajo del suelo que suele estar total o parcialmente enrejillado para permitir el paso de heces y orina. El purín suele estar varias semanas almacenado en estas fosas, por lo que los animales están en contacto con el amoníaco que se volatiliza pudiéndoles producir irritación de la mucosa respiratoria, y si la concentración es elevada lesiones más graves, lo cual tiene un efecto negativo en la salud del animal y por lo tanto en su rendimiento productivo. Un animal enfermo come menos y por tanto produce menos. Teniendo esto en cuenta, si recuperamos el amoníaco volatilizado dentro de los alojamientos evitaremos su contacto con los animales y por tanto contribuiremos a mejorar el ambiente donde se encuentran y por extensión su salud.

Este proyecto está incluido en la temática de ‘emisiones y calidad del aire’ del programa Life, siendo la protección medioambiental su objetivo fundamental. Con los estudios de esta tecnología a escala piloto queremos contribuir a la sostenibilidad del sector primario a través de la recuperación y reciclado de un recurso tan importante como es el N, así como a la reducción de las emisiones de amoníaco a la atmósfera.

La primera parte del proyecto implica varios meses de experimentación en el laboratorio, y se realizará en las instalaciones de ITACyL en Valladolid y en la ETSIIA de Palencia. Nuestros socios tecnológicos se encargarán del diseño (las empresas Inderen y Enusa) y construcción (Inderen) de dos prototipos, uno para líquidos que se instará primero en la granja porcina de la empresa Deporcyl, ubicada en Guardo (Palencia), y posteriormente se trasladará a la planta de digestión anaerobia de Enusa situada en Juzbado (Salamanca). El otro prototipo es para gases y se instalará primero en la granja de Deporcyl y más tarde se trasladará a la granja avícola de la empresa Avícola Ciria ubicada en Aldealafuente (Soria).